重磅拉深模设计案例

拉深模设计案例
拉深图所示带凸缘圆筒形零件，材料为08钢，厚度t =1mm ，大批量生产。

试确定拉深工艺，设计拉深模。

1．零件的工艺性分析
该零件为带凸缘圆筒形件，要求内形尺寸，料厚t =1mm ，没有厚度不变的要求；零件的形状简单、对称，底部圆角半径r =2mm ＞t ，凸缘处的圆角半径R =2mm=2t ，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求；尺寸φ2
.00
1.20+mm 为IT12级，其余
尺寸为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求；零件所用材料08钢的拉深性能较好，易于拉深成形。

综上所述，该零件的拉深工艺性较好，可用拉深工序加工。

2．确定工艺方案
为了确定零件的成形工艺方案，先应计算拉深次数及有关工序尺寸。

(1) 计算坯料直径D 根据零件尺寸查表5-5得切边余量∆R =2.2mm ，故实际凸缘直径d t =(55.4+2×2.2)=59.8mm 。

由表5-6查得带凸缘圆筒形件的坯料直径计算公式为
D =232
4222212156.428.64828.6d d R Rd h d r rd d -++++++
依图5-23，d 1=16.1mm ，R =r =2.5mm ，d 2=21.1mm ，h =27mm ，d 3=26.1mm ，d 4=59.8mm ，
代入上式得
D =28953200+≈78(mm)
(其中3200×π/4为该拉深件除去凸缘平面部分的表面积)
(2) 判断可否一次拉深成形 根据
t /D =1/78 = 1.28 % d t /d = 59.8/21.1 = 2.83 H /d = 32/21.1 =1. 52 m t =d /D =21.1/78=0.27
查表5-12、表5-13，[m 1]=0.35，[H 1/d 1]=0.21，说明该零件不能一次拉深成形，需要多次拉深。

(3) 确定首次拉深工序件尺寸 初定d t /d 1=1.3，查表5-12得[m 1]=0.51，取m 1= 0.52，则
d 1= m 1 ×D = 0.52×78 = 40.5(mm)
取r 1=R 1= 5.5 mm
为了使以后各次拉深时凸缘不再变形，取首次拉入凹模的材料面积比最后一次拉入凹模的材料面积(即零件中除去凸缘平面以外的表面积3200×π/4)增加5%，故坯料直径修正为
D =2895%1053200+⨯≈79(mm)
按式(5-9)，可得首次拉深高度为 H 1 =
)(14.0)(43.0)(25.0212
11
11221R r d R r d D d t -+++- =
)5.55.5(43.0)8.5979(5
.4025
.022+⨯+-⨯=21.2(mm) 验算所取m 1是否合理：根据t /D =1.28 %，d t /d 1 = 59.8/40.5=1.48，查表5-13可知[H 1/d 1]=
0.58。

因H 1/d 1 =21.2/40.5= 0.52＜[H 1/d 1]= 0.58，故所取m 1是合理的。

(4) 计算以后各次拉深的工序件尺寸 查表5-14得，[m 2]= 0.75，[m 3]= 0.78，[m 4]= 0.80，则
d 2= [m 2] ×d 1= 0.75×40.5 = 30.4(mm) d 3= [m 3] ×d 2 = 0.78×30.4 = 23.7(mm) d 4= [m 4] ×d 3 = 0.80×23.7 = 19.0(mm)
因d 4= 19.0＜21.1，故共需4次拉深。

调整以后各次拉深系数，取m 2 = 0.77，m 3 = 0.80，m 4 = 0.844。

故以后各次拉深工序件
的直径为
d 2= m 2 ×d 1= 0.77×40.5 = 31.2(mm) d 3= m 3 ×d 2 = 0.80×31.2 = 25.0(mm) d 4= m 4 ×d 3 = 0.844×25.0= 21.1(mm)
以后各次拉深工序件的圆角半径取
r 2=R 2=4.5mm ，r 3=R 3=3.5mm ，r 4=R 4=2.5mm 设第二次拉深时多拉入3%的材料(其余2%的材料返回到凸缘上)，第三次拉深时多拉入1.5%的材料(其余1.5%的材料返回到凸缘上)，则第二次和第三次拉深的假想坯料直径分别为
2895%1033200+⨯='D =78.7(mm)
2895%5.1013200+⨯=''D =78.4(mm)
以后各次拉深工序件的高度为
H 2 =
)(14.0)(43.0)(25.0222
22
22222R r d R r d D d t -+++-' =)5.45.4(43.0)8.597.78(2
.3125
.022+⨯+-⨯=24.8(mm) H 3 =
)(14.0)(43.0)(25.0232
33
33223R r d R r d D d t -+++-'' =
)5.35.3(43.0)8.594.78(25
25
.022+⨯+-⨯=28.7(mm) 其计算结果列于表1。

表1 拉深次数与各次拉深工序件尺寸 （mm ）
根据上述计算结果，本零件需要落料(制成79mm 的坯料)、四次拉深和切边(达到零件要求的凸缘直径φ55.4mm)共六道冲压工序。

考虑该零件的首次拉深高度较小，且坯料直径(φ79)与首次拉深后的筒体直径(φ39.5)的差值较大，为了提高生产效率，可将坯料的落料
与首次拉深复合。

因此，该零件的冲压工艺方案为：落料与首次拉深复合—→第二次拉深—→第三次拉深—→第四次拉深—→切边。

本例以下仅以第四次拉深为例介绍拉深模设计过程。

3．拉深力与压料力计算
(1) 拉深力 拉深力根据式(5-11)计算，由表2-3查得08钢的强度极限σb =400MPa ，由m 4=0.844查表5-15得K 2=0.70，则
F =K 2πd 4tσb =0.70×3.14×20.1×1×400 = 17672(N)
(2) 压料力 压料力根据式(5-14)计算，查表5-16取p =2.5MPa ，则
F Y =π(2423d d -)p /4 =3.14×(242- 20.12)×2.5/4= 338(N)
(3) 压力机标称压力 根据式(5-16)和F Σ= F + F Y ，取F g ≥1.8F Σ，则
F g ≥1.8×(17672+338)= 32418(N)=32.4kN
4．模具工作部分尺寸的计算 (1) 凸、凹模间隙 由表5-27查得凸、凹模的单边间隙为Z =(1~1.05)t ，取Z =1.05 t =1.05×1=1.05mm 。

(2) 凸、凹模圆角半径 因是最后一次拉深，故凸、凹模圆角半径应与拉深件相应圆角半径一致，故凸模圆角半径r T = 2 mm ，凹模圆角半径r A = 2mm 。

(3) 凸、凹模工作尺寸及公差 由于工件要求内形尺寸，故凸、凹模工作尺寸及公差分别按式(5-45)、式(5-46)计算。

查表5-28，取δT =0.02，δA =0.04，则
0min )4.0(T d d T δ-∆+=
002.0002.018.20)2.04.01.20(--=⨯+= (mm)
A Z d d A δ++∆+=0
min )24.0(
04
.0004.0028.22)05.122.04.01.20(++=⨯+⨯+=(mm)
(4) 凸模通气孔 根据凸模直径大小，取通气孔直径为φ5 mm 。

5．模具的总体设计
模具的总装图如图1所示。

因为压料力不大(F Y =338N)，故在单动压力机上拉深。

本模具采用倒装式结构，凹模11固定在模柄7上，凸模13通过固定板15固定在下模座3上。

由上道工序拉深的工序件套在压料圈14上定位，拉深结束后，由推件块12将卡在凹模内的工件推出。

6．压力机选择
根据标称压力F g ≥32.4kN ，滑块行程S ≥2工件h =2×32=64mm 及模具闭合高度H=188mm ，查表2-3，确定选择型号为J23-40型开式双柱可倾式压力机。

7．模具主要零件设计
根据模具总装图结构、拉深工作要求及前述模具工作部分的计算，设计出的拉深凸模、拉深凹模及压料圈分别见图2、图3和图4。

图1 拉深模总装图
1-螺杆2-橡胶3-下模座4、6-螺钉5、10-销钉7-模柄8、18-螺母9-打杆11-凹模12-推件块13-凸模14-压料圈15-固定板16-顶杆17-托板
图2 拉深凸模图3 拉深凹模
材料：T10A 热处理：60~64HRC 材料：T10A 热处理：58~62HRC
图4 压料圈
材料：T8A 热处理：54~58HRC。